Inspectia Termic

Anul Universitar 2014/2015

InspeciatermicIntroducereINSPECIA TERMICA cuprinde toate metodele n care dispozitivele termice detectoare sunt utilizate pentru a msura variaii temperatura n componente, structuri, sisteme sau procese fizice. Metodele termice pot fi utile n detectarea defectelor sau golurile subterane, cu condiia ca adncimea defectului nu este mare n comparaie cu diametrul su. Inspecie termica devine mai puin eficient n detectarea defectelor naturale ale subsolului n grosimea unui obiect in cretere, deoarece este posibil creterea adancimii defectului.Inspecia termic este aplicabil in forme complexe sau ansambluri de materiale similare sau diferite i pot fi utilizate n inspecie unilaterala de obiecte. Mai mult dect att, din cauza disponibilitii sistemelor de detectare n infrarou, inspecia termica poate de asemenea scana rapid, fr contactul suprafeelor, componente sau ansambluri.Inspecia termic nu include acele metode care folosesc excitaia termic a unui obiect de testare i un senzor non-termic pentru acel dispozitiv pentru inspecie. De exemplu, indus termic, tulpina n holografie sau tehnica termica de excitatie cu ultrasunete sau metode acustice nu constituie o inspecie termica.Principii de inspecie termicPrincipiul de baz de control termic implic msurarea sau cartografierea temperaturii suprafeelor, atunci cnd fluxurile de cldur curg de la, la, sau printr-un obiect de testare. Diferenele de temperatur pe o suprafa, sau modificri de temperatur de suprafa cu timpul, sunt legate de structura fluxului de cldur i poate fi utilizat pentru a detecta defectele sau pentru a determina caracteristicile de transfer de cldur ale unui corp de prob.De exemplu, n timpul funcionrii unui sistem de nclzire,un punct fierbinte detectat la o intersectie ntr-o conduct de nclzire poate fi cauzat de o scurgere de aer cald. Un alt exemplu ar fi un punct fierbinte generat atunci cnd un panou lipit-adeziv este uniform nclzit pe o parte lateral. O dezlipire localizat ntre suprafa fiind nclzit i infrastructur ar mpiedica fluxul de cldur la substructur i astfel provoac o regiune de temperatur mai mare n comparaie cu restul suprafeei. In general, cu ct imperfeciuneeste mai larg i cu cat este mai aproape de suprafaa, cu att diferena de temperature este mai mare.Mecanisme de transfer de cldur. Cldura va curge de la cald la rece ntre un obiect de conducie i ntre un obiect i mprejurimile sale de conducie, convecie, radiaie etc. Fiind solid sau lichid,conductia este rezultata din vibraiile aleatorii de atomi individuali sau molecule care sunt transferate prin lipire atomica cu atomi vecini sau molecule. ntr-un gaz, acelai proces are loc, dar este oarecum mpiedicat de o mai mare distana dintre atomi sau dintre molecule i lipsa de obligaiuni, necesitnd astfel coliziunile dintre acestea pentru a transfera energia. Cnd un gaz sau lichidul curge peste un solid, cldur este transferat prin convecie. Acest lucru se ntmpl din coliziunile dintre atomii sau moleculele gazului sau lichidului cu suprafaa (conductie), precum i transportul gazului sau lichidului ctre i de la suprafa. Convecia depinde de viteza de gaz sau lichid, i rcirea prin convecie crete ca viteza gazului sau lichidului.Radiatia este mecanismul rmas pentru transferul de cldur. Dei conducia i convecia sunt n general mecanisme de transfer de cldur primare ntr-un obiect de testare, natura termic indus de radiatia termic poate fi important, n special atunci cnd msurtorile de temperatur sunt realizate cu senzori de radiaii.Radiaia electromagnetic este emis de un organism nclzit atunci cnd electronii nafara corpului trec la o stare de energie mai mic. Att intensitatea ct i lungimea de und a radiaiei depinde de temperatura atomilor de suprafa sau moleculelor. Pentru un corp negru,emisia lungimi de und a radiaiei i puterea spectral variaz n funcie de temperatur, aa cum se arat n Fig. 1. La 300 K (27 C), temperatura de o zi cald, lungimea de und dominant este de 10 m (400 n.), care este n zona infrarou (fig. 2). O suprafa ar trebui s fie mult mai fierbinte pentru ca lungimea de und dominant s cad n regiunea vizibil mai jos de 0,7 pm (30 in.). Exemple n acest sens sunt oel rou-fierbinte ntr-o forj, un filament de bec si soarele (indicat ca radiaie solar n Fig. 1, la o temperatur de 5800 K). Cu toate acestea, cele mai multe subiecte din metodele de control termice vor fi la temperaturi apropiate de temperatura camerei i va emite n regiunea infrarou.

Fig 1. Puterea spectrala radianta a unui corp negru

Fig 2. Spectru al radiatiei electromagnetice

Caracteristicile de transfer ale materialului incalzit. Mecanismele de transfer de cldur prin conducie, convecie sau radiaie sunt afectate de caracteristicile de transfer prin cldur ale materialelor, iar controlul termic depinde de variaiile locale in functie de caracteristicile de transfer ale materialului cald. Caracteristicile materialului care afecteaz conducie i convecie sunt urmtoarele: Cldur specific, C, este cantitatea de cldur a unei mase de material ce va absorbii pentru un interval de temperatur dat ; Densitatea este masa pe unitatea de volum a materialului ; Conductivitate termic, k, este cantitatea de cldur care curge ntr-o anumit direcie, atunci cnd exist o diferena de temperatur de-a lungul materialului n aceast directive ; Difuzivitate termic, este viteza la care curge caldura de la o regiune de temperatur mai mare pentru a nconjura materialul ; Coeficientul de transfer termic de convecie, h, este o msur de ct de efficient cldura este schimbat ntre o suprafa i un gaz sau lichid curgator ; Temperatur, T, este o msur a energiei termice (agitaie termic local) coninut n fiecare punct din obiectul de testare ;Inspecie termic depinde de diferenele de caracteristici in aceste materiale pentru a stabili o msuratoare, i, de obicei, localizat, diferena de temperatur. De exemplu, atunci cnd un corp de prob cu variaii n densitate i cldura specific este nclzit sau rcit de la o stare de temperatur uniform, schimbarea temperaturii va avea loc mai lent n regiunile cu o mai mare densitate i / sau cldur specific. Aceast diferen n rata de schimbare a temperaturii n interiorul corpului produce temperaturi diferentiale, care pot fi msurabile.Caracteristicile importante ale materialului n radiatia transferului de cldur este emisivitatea,, de o suprafa de ncercare.Emisivitatea indic eficiena unei suprafee ca un radiator (sau absorbant) de radiaie electromagnetic. Blackbodies, cele mai eficiente radiatore i absorbane de radiaii electromagnetice, au o emisivitate de 1,0. Toate celelalte organisme au o emisivitate mai mic de 1,0.Emisivitatea este o funcie de mai multe variabile, inclusiv culoarea i rugozitatea suprafeei. Ca i caracteristici ale altor materiale de transfer de cldur, variaia emisivitatilor sunt importante n inspecia termica. Acest lucru este valabil mai ales atunci cnd suprafaa temperaturilor este msurate cu senzori infrarou. Variaiile de emisivitate schimba puterea radiaiei emise la o temperatur dat i afecteaz, prin urmare, msurtorile de temperatur n infrarou sutn afectate.Pregtirea suprafeteiStarea de suprafaa a obiectului de testare este importanta pentru inspecia termic. Rezultatele inspectiei pot fi influenate de variaiile rugozittii suprafeei, curenie, materiale strine (cum ar fi decalcomanii), precum i uniformitatea i starea vopselei sau alte acoperiri de suprafa. O bun practic este de a cura suprafaa, terge sau benzi slab aderarea acoperire (dac exist), i apoi se aplic un strat uniform de vopsea, uor de ndeprtat. Acest lucru va permite transferul de cldur uniform n (sau de la)subiect i va produce, de asemenea, o emisivitate rezonabil uniform.Stabilirea fluxului de caldurn inspecia termic, obiectul de testare poate fi clasificat fie ca termic activ sau termic pasiv. Termic active, obiectele de testare genereaza fluxul de cldur necesar n timpul funcionrii lor, n timp ce obiectele de testare pasiv termic necesit o surs de cldur extern sau radiator.Obiecte de testare termice active. Unele obiecte de testare pot fi inspectate fr aplicarea sau ndeprtarea cldurii deoarece sunt implicae ntr-un proces care fie genereaz fie elimin cldur. Cnd un defect rezult ntr-un process de distributie a cldurii anormal la suprafa, nu este necesar nclzirea sau rcirea extern. Cnd procesul de transfer de cldur este tranzitoriu, calendarul inspeciei este important. Un exemplu n acest sens ar fi un panou de tip fagure,cu fluid contaminat la bordul unei aeronave care tocmai a aterizat dup un zbor lung la altitudini mari. Dei toat aeronava ar fi nclzita de temperaturile reci experimentata la mare altitudine, regiunile contaminate nu s-ar nclzi mai repede decat zonele necontaminate i prin urmare ar putea fi detectate ca pete reci n structura dac s-ar efectua inspecia imediat dup aterizare. Cu toate acestea, n cazul n care inspecia ar fi ntrziat, ntreaga structur ar atinge un echilibru de temperatur, iar regiunile contaminate nu ar mai fi detectabile.Cnd procesul de transfer de cldur este ntr-o stare de echilibru, timpul nu mai devine critic. Un exemplu este o plac de circuit electronic. Componente electronice defecte, n care defectul schimb rezistena electric a componentei, va fi fie mai cald sau mai rece dect n aceeai component care probabil funcioneaz corect pe o alta plac de circuit. Un alt exemplu ar fi un tub blocat ntr-un schimbtor de cldur. Temperaturile de-a lungul tubului ar fi diferite fata de temperaturile de-a lungul tuburilor adiacente, deblocate.Excitaia termic a obiectelor pasive de testare. Obiectele passive de testare termica au nevoie de o surs de cldur externa pentru a stabili fluxul de cldur la obiectul testat. n general, tehnicile de msurare n infrarou sau termice devin mai sensibile cand temperatura medie a obiectului creste. Prin urmare, cea mai comun form de excitaie este nclzire. Cu toate acestea, n cazul n care nclzire suplimentar ar putea deteriora, racire este utilizat pentru a crea fluxul de cldur necesar.Precauii. O preocupare principal n nclzirea sau rcirea obiectului de testare este c modificrile termice nu trebuie s fie intruzive.Rata de nclzire sau rcire trebuie s fie sub punctul de a produce tensiuni termice duntoare. De exemplu, un pahar rece plasat n ap cald se poate fisura, deoarece exterior se extinde rapid n timp ce interiorul este nc rece ideoarece stresul mecanic indus este suficient pentru a provoca fracturi. Gradul de nclzire de metal trebuie controlat astfel nct s nu afecteze tratamentul termic, iar cldura excesiv poate degrada proprietile materialului.Punctul de nclzire potate fi generat fie cu un laser sau o surs serica concentrate de lumin infraroie sau o sursa de lumina vizibial ca s aplice cldur ntr-o zon foarte localizat. Pentru un subiect foarte subire, omogen, cldura va curge n afar ntr-un cerc, iar temperatura schimbare va fi invers proporional cu ptratul distanei de la centrul cercului sau punctul iradiat. Pentru un subiect foarte gros, omogen, cldura poate curge, de asemenea, n direcia grosimii; n consecin, temperatura de schimbare va fi invers proporional cu cubul de distana pn la punctul de iradiere. Cele mai multe subiecte sunt undeva ntre aceste dou extreme. Din cauza schimbrii rapide a temperaturii pe aceast tem, utilizarea de la punctul nclzire necesit o reacie rapid, masuratori bazate pe timp continuu, care poate fi mbuntit cu tehnici de nclzire impulsuri ( ref 1, 2, 3).Linia de nclzire este similar cu punctul de nclzire i este, de obicei, realizat cu o surs de cldur liniar, cum ar fi o lamp de cuar tip tub sau alt surs de cldur cu un reflector care concentreaz cldura ntr-o linie de pe suprafaa obiectului testat. Pentru un panou subire, cldura va curge departe de linia de pe ambele pri, iar schimbarea de temperatur va fi invers proporional cu distanta de la linia. Pentru un subiect foarte gros, omogen, schimbarea temperaturii va fi invers proporional cu ptratul distanei la linia de iradiere. Deoarece temperatura se schimb rapid cu distana, inclzirea liniei trebuie monitoriza cu rspuns rapid, monitorizat continuu, echipament pe baz de timp (de urmrire timp pentru a ajunge la un dat temperatur prin scanarea detectorul exterior de la sursa linia). O alt tehnic presupune scanarea liniar a sursei de cldur de-a lungul suprafetei.Zona nclzit implic de obicei nclzirea uniform pe o suprafa a obiectului testat. O banc de nclzire cu cuar, o plac fierbinte cu un material de nalt conductivitate termic, cum ar fi cuprul ca o foaie sau la alte dispozitive similare pot fi utilizate ca domeniu de incalzire. Dac se aplic cldur pe aceeai parte a obiectului care este monitorizat ulterior pentru diferenele de temperatur, sursa de cldur este, de obicei oprit pentru a preveni interferena cu detectorul de la sursa. n cazul n care suprafaa opus este nclzit, sursa de cldur, de obicei, nu va interfera cu senzorul de temperatur i poate fi lasat pentru a oferi o stare de echilibru ca o condiie. Sursa de cldur poate fi, de asemenea, oprit pentru a produce o stare de msurare tranzitorie.Vibraii induse de nclzire. Excitatia unui specimen pe o mas de scuturare sau cu un difuzor de mare putere va determina acel specimen de a rspunde cu modurile sale naturale de vibraie. Aceste vibraii vor determina zone localizate de stres i tulpina n obiect. O zon anormal va rspunde diferit la aceste tensiuni induse i, ca urmare, poate fi mai fierbinte sau mai rece dect zonele nconjurtoare dac anomalia nu este la un nod de vibraii (Ref 4, 5, 6).Inclzirea indus mecanic. Incrcarea mecanica a specimenul va provoca nclzirea n acele domenii care sunt plastic deformat. Din cauza deformrii modelului este n mod normal distructiv (cu excepia cazurilor n care deformare este parte a prelucrrii intenionat), nclzirea indus mecanic este, probabil, cea mai potrivit pentru studii de cercetare. Exemple sunt investigaii de oboseal i cretere, analiza rspunsului de o component de ncrcare, ioptimizarea proceselor de deformare, cum ar fi forjare (Ref 7, 8, 9).Inclzirea electric indus. Trecnd curent printr-un specimen, sau nclzire inductiv, pot fi aplicate numai la materiale care sunt bune conductoare de electricitate. Cldura produs este un produs de piata a curentului electric i rezisten. Dac anomalia de interes local schimb rezistena electric, curentul local i local temperatura se va schimba, de asemenea. Un neajuns al acestei metode este faptul c materiale conductoare de electricitate de multe ori au bune proprieti termice conductive, fcnd astfel schimbrile locale de temperatur de scurt durat (Ref 10).Zona de rcire poate fi utilizat atunci cnd nclzirea poate fi duntoare sau imposibil. Imersiune parial a unui obiect de testare ntr-un fluid rece cum ar fi apa cu ghea sau azot lichid poate asigura fluxul de cldur suficient pentru a descoperi zonele anormale la monitorizarea temperatura suprafeei ca modelul se rcete sau se ntoarce la temperatura ambiant. Ca i n cazul nclzire zon, un profil de temperatur la starea de echilibru obinut prin rcirea continu a unei suprafee a epruvetei pot fi utile. De exemplu, umplerea un racitor cu ghea i ap ar permite detectarea la exterior de locuri reci cauzate de defecte n izolaia sau un sigiliu capac defect. Imersia total a obiectului testat ntr-un fluid rece poate fi considerat o metod de rcire. n acest caz, tranzitoriu temperaturile de suprafa sunt monitorizate n timp obiectul testat revine la temperatura ambiant.Excitatia valului termic de racire implica prenclzirea obiectul testat, urmat de rcire cu un jet de aer (a se vedea exemplul 2). Abordarea val-termice-rece este atractiv pentru testarea termic a structurilor metalice pentru un numr de motive. Ea este o tehnic ieftin pentru stimularea termic rapid a unor zone ntinse; prenclzire poate fi realizat cu-rat sczut elemente precum nclzitoare cald fire, dei n mai multe aplicaii on-line din partea poate fi deja mai sus nconjurtor temperatur; i n cele din urm, utilizarea unei surse termice rece elimin problemele de zgomot de sine de emisie.Echipamente de inspecie termicSenzorii de temperatur utilizati n inspecia termic pot fi separati n dou categorii: senzori de temperatur fr contact i senzori de temperatur de contact. Alte echipamente includ instrumente de nregistrare i surse de calibrare.Senzori de temperature fr contactSenzorii de temperatur fr contactul depend de radiaia electromagnetic generat termic de pe suprafaa de testare a unui obiect. La temperaturi moderate, aceast energie este predominant n domeniul infrarou. Prin urmare, fr contactul de msuratori in inspecie termic implic n primul rnd folosirea de senzori infrarou.Echipament de imagistica n infrarou este disponibil cu o gam larg de capabiliti. Cele mai simple sisteme sunt receptive la poriunea infrarou apropiat al spectrului optic. Acestea includ dispozitive de noapte viziune i sisteme Vidicon cu siliciu sau senzori de sulfur de plumb (Ref 11). Senzori de siliciu asigura sensibilitate pentru temperaturi de peste 425 C (800 F), n timp ce conduce senzori sulfuroase rspunde la temperaturi de peste 200 C (400 F).Scanerele portabile sunt sisteme de imagistica portabile capabile s rspund n poriunea de departe-infrarou al optic spectru (lungimi de und de 8 i 12 m). Aceasta gama este emis de obiecte la sau in apropiere de temperatura camerei. n general, scanerele portabile au calitati de imagistica srace i nu sunt potrivite pentru msurarea precis a temperaturii locale diferene. Cu toate acestea, ele pot fi utile pentru detectarea punctelor calde, cum ar fi componentele supranclzite, pierdere a cldurii ntr-un circuit electronic, sau incendii nestins .(Ref 11).Sistemele de imagine cu infrarou de nalt rezoluie sunt necesare pentru majoritatea aplicaiilor de parte de control. Aceste sisteme folosesc fie Camere Vidicon piroelectrice cu-procesare a imaginii circuit sau rcite criogenic scanere mecanice la furnizarea rezoluiei a imaginii de bun calitate (150 pixeli, sau elemente de imagine, pe linie de scanare) (Ref 11) i la temperature la 0,1 C (0,2 F) (Ref 12). Un sistem se pretinde a avea o rezolutie temperatur de 0,001 C (0,002 F) (Ref 12). n adiie la rezoluia imaginii bun i la temperatur, timp de rspuns de ordinul a 0,1 s sau mai puin faciliteze detectarea schimbarilor de temperatura tranzitorii sau diferentiale. Aceste sisteme de formare a imaginii va folosi fie o scal de gri sau o scara colorata corelata cu temperatura ce variaz pentru a descrie distribuia temperaturii n cadrul imaginii.Sistemele interferometrice cu val termic combina excitaia laser modulata cu faz rapid i amplitudine detectorare care poate fi scanat pe o suprafa pentru a produce o imagine (Ref 1, 12). O aplicaie de acest tip de sistem este inspecia de acoperire pulverizat din plasm. Sistemul detecteaz interaciunea dintre valurile termice ale laserului i variatiile termice de la defecte de acoperire i variaii de grosime.Aparate de msurare radio i pirometrele sunt dispozitive de msurare a radiaiilor, sau la faa locului sau de linie temperaturi, respectiv, fr rezoluia spaial necesar pentru un sistem de imagistic. Aparate de msurare radio, pentru c ele au, de obicei, un timp de rspuns lent, sunt cele mai utile pentru controlul temperaturii constante sau variabile lent. Pirometre sunt folosite ca termometre noncontactoare pentru temperaturi 0-3000 C (32-5400 F). Instrumentele mai noi pot suprapune o urm linie a temperaturii de pe imagine vizibile ;a lumina suprafeei sau scena vizualizata (Ref 13). Aparate de radio msurare i pirometre sunt de obicei defecte, Dispozitive low-cost, care pot fi utilizate ntr-un mediu industrial pentru monitorizarea pe termen lung a proceselor.Senzori de temperature cu contactSenzorii de temperatur cu contact includ acoperiri de materiale i dispozitive termoelectrice. Acoperiri materiale sunt relativ sczute n cost i uor de aplicat, dar ele pot avea dezavantajul de a oferi msurtori de temperatur calitative (excepie este acoperiri cu cristale lichide, care pot fi calibrate pentru a arta relativ mici schimbari de temperatura).Un alt dezavantaj al acoperirilor este faptul c acestea se pot schimba caracteristicile termice ale suprafeei.Cristale lichide colesteric sunt substane care pot fi amestecate pentru a produce compui avnd culoare tranziie variaz la temperaturi -20 la 250 C Fotografii (-5 la 480 F) (Ref 13). Cristalele lichide pot fi selectate pentru a rspunde la un interval de temperatur pentru un anumit test i poate avea un rspuns de culoare pentru diferenele de temperatur de la 1 la 50 C (2-90 F) (Ref 13). Cnd sunt iluminate cu lumin alb n timp ce n aria lor de rspuns de culori, cristale lichide va mprtia lumina n culorile sale componente, producnd o culoare irizat care se schimb cu unghiul la care cristalele sunt privite. n afara acestui interval rspuns culoare, cristale lichide sunt, n general, incolor. Timpul de rspuns pentru schimbarea culorii variaz 30 i 100 ms (Ref 13). Acest lucru este mai mult dect suficient pentru a permite cristalelor lichide pentru a arata modificari tranzitorii ale temperaturii (Ref 14). Rezoluia spaial care se poate obine poate fi la fel de mica ca 0,02 mm (0,0008 in.) (Ref 14). n plus, pentru c schimbare de culoare este, n general reversibil, anomaliile pot fi evaluate prin repetarea testului de cte ori este necesar.Tehnicile de aplicare cristale lichide sunt relativ simple odat ce amestecul adecvat de compui este selectat. Deoarece cristale lichide funcioneaz prin reflectarea luminii, ele sunt mult mai uor de vzut atunci cnd este utilizat mpotriva unui fundal intunecat. Prin urmare, n cazul n care exemplarul nu este deja negru, acoperind suprafaa cu un strat detaabil, plat negru este foarte recomandat inainte de aplicare. Cristalele pot fi apoi aplicat prin turnare, pictur, pulverizare, sau scufundare.Care trebuie s fie luate dac specimenul sau acoperirea nu este atacat de baza de solvent utilizat cu cristale lichide.Pelicula aplicat de cristale lichide trebuie s fie de grosime uniform, pentru a preveni neregulile de culoare cauzate de diferenele de grosime mai degrab dect diferenele de temperatur. O grosime film bun este de aproximativ 0,02 mm (0,0008 in.) (Ref 13). Straturi succesive folosite pentru a construi un film de grosimea stratului nu ar trebui s li se permit s se usuce ntre straturi. Un strat de grosime corespunztoare va avea o structura uniform, cu un luciu scazut ca aspect atunci cnd sunt privite cu iluminare oblic.Fosforul termic stins este un compus organic care emite lumin vizibil atunci cnd este excitat de lumina ultravioleta. Luminozitate a unei bucati de fosfor este invers proporional cu temperatura ntr-un interval de la temperatura camerei pn la aproximativ 400 C(750 F), dup cum este indicat n Fig. 3. Unele prezint fosforescente o schimbare n luminozitate de la fel de mult ca 25% / C (14% / F). Un fosfor individ ar trebui s fie selectate pentru a acoperi intervalul de temperatur utilizat pentru un anumit inspecie. Acoperirea este aplicata prin vopsire cu un amestec bine agitat de fosfor pe suprafaa la o grosime de circa 0,12 mm (0.0047 in.).

Fig 3. Luminozitate relativ de Fosfor 4 stins in funcie de temperatur

Alte acoperiri. Vopsele sensibile la cldur, compui termocromice, documente sensibile la cldur, i ngheurile fuzibile pot fi de asemenea utilizate pentru a indica temperaturile la suprafa. Aceste acoperiri sunt utile pentru a determina cnd o suprafa a depit o anumit temperatur. Cteva dintre acoperiri, cum ar fi vopsele fotocromice si termocromice cu compui, au modificri reversibile care pot fi utilizate pentru a evalua indicaii de retestare. Fiecare dintre acoperirile pot fi aplicate direct pe suprafaa. Dup unele experimente, acoperirile pot fi utilizate pentru inspecii cu specialitate termic.Dispozitivele termoelectrice sunt utilizate pe scar larg pentru msurarea temperaturii. Dispozitivele termoelectrice tipice sunt termocupluri, termopile, i termistori.Termocuplele constau dintr-o pereche de jonciuni de dou metale diferite. Pe msur ce temperature aproape de una dintre intersecii este ridicata, o for electromotoare (tensiune) n raport cu cellalt (de referin) jonciunea produsa care este proporional cu diferena de temperatur ntre cele dou jonciuni. Termocuplele sunt de obicei folosite ntr-un circuit punte, cu referina jonciune meninuta la o temperatur cunoscut i stabil. Termocuplele pot fi plasate n contact cu suprafaa obiectului sau poate fi folosite aproape de suprafa pentru a msura temperatura aerului.Termopilurile sunt multiple termocuple utilizate electric n serie pentru a crete tensiunea de ieire. Dei termopilurile au o ieire mai mare (ca rezultat o mai mare sensibilitate) dect termocuplele individuale, ele au, de asemenea, un rspuns mai lent in timp din cauza masei crescute. Termopilurile sunt folosite ca un element de detective in radiometrie.Termistorii sunt semiconductori electrice care utilizeaz schimbrile n rezisten electric pentru a msura temperatura. Termistorii sunt de obicei utilizati ntr-un circuit punte, cu unul dintre termistori meninut la o temperatur cunoscut i stabil.Echipamentul de inregistrareCnd sistemele de imagine de inalta rezolutie sunt folosite, aparatura de nregistrare, cum ar fi un nregistrator caset video, este extrem de util pentru analizarea efecte temporare sau pentru tehnici de revizuire. nregistrri caset video care prezint rspuns timp variabil a unei localizari pe piesa poate fi utilizat pentru a estima mrimea i adncimea anomaliei (Ref 2, 5, 15). Astfel de date nregistrate pot fi prelucrate cu tehnici digitale de prelucrare a datelor pentru a spori detectarea diferenelor de temperatur i a suprima semnale de zgomot false (Ref 4) (vezi seciunea "intensificarea imaginii digitale" n acest articol). Fotografic aceste tehnici pot fi de asemenea folosite pentru a nregistra imagini termice de specimene.Atunci cnd sunt utilizate acoperiri, aparatul de nregistrare const de obicei din fotografii color de cristale lichide, cldur sensibil,vopsele, materiale termocromice, i bastoane de cear. Fotografii Negru-i-alb sunt adecvate pentru majoritatea cldur sensibil documente, materiale de vopsea de topire, i fosfor s-a stins termic. Pentru msurtori bazate pe timp cu cristale lichide, un video recorder poate oferi o nregistrare excelent de modificri de culoare cum ca testul progreseaza.Aparatul de nregistrare pentru dispozitive termoelectrice este, de obicei bazat pe timp grafic de nregistrare sau recordere digitale.

Surse de calibrare a temperaturiiSunt necesare surse de calibrare temperatura pentru toate dispozitivele utilizate pentru msurarea temperaturilor. Unele sisteme au construit-in sau interior surse de calibrare. Sursele externe pot varia de la dispozitive foarte simple, cum ar fi un container de ghea i ap sauap clocotit, pentru plci nclzite controlate termocuplu care pot fi ajustate la temperatura dorit.Metode de inspecieMetode de starea de echilibru sunt folosite pentru a detecta anomalii n cazul n care temperaturile schimba foarte puin cu timpul. Multe dintre obiecte active termice sau procese pot fi observate n starea de echilibru. De exemplu, o linie de abur carese desfoar n mod regulat aburii pot fi inspectati pentru defecte de izolare prin cutarea pentru punctele fierbini. Aceste tipuri de anomalii de obicei produc diferene mari de temperatur, iar imaginile rezultate sau indicaiile de acoperire de contact sunt uor de interpretat.Metode de starea de echilibru sunt mai provocatoare cu excitarea termic a obiectelor pasive. nclzirea uniform i racire sunt eseniale, iar ratele de nclzire i rcire trebuie s fie adaptate pentru a permite ca diferenta de temperatur cauzate de defecte s fie meninut. Un panou fagure de miere poate fi inspectate pentru intruziune lichid sau disbonds prin nclzire de o parte i racire pe partea opus. Partea cu rcirea este vizualizata pentru inspecie, i fie poate fi utilizat sistemult de imagine cu infrarosu. Domenii de intruziune lichid va produce temperaturi mai calde decat imprejurimile, n timp ce disbonds va produce temperaturi mai scazute.n general, anomalii trebuie s fie mare, trebuie s fie aproape de suprafa, sau trebuie s creeze diferene mari de temperatur s fie detectabil cu metodele la starea de echilibru. Cu nclzire sau de rcire activ, msurtorile la starea de echilibru vor fi mai eficace atunci cnd sunt puse pe suprafaa n care transferul de cldur este de convecie.Metodele bazate pe durat sunt folosite pentru a detecta anomalii n cazul n care temperaturile se vor schimba n timpul inspeciei. Temperatura diferenta poate dezvolta i apoi disparea ca un subiect ce ii apar modificri de la o temperatur de ansamblu la altul (Ref 2, 15).Schimbarea poate fi produs n mod activ sau pasiv. De exemplu, o forjare la cald iese o presa de forjare va raci camera temperatur i va produce o diferen de temperatur la un tur forjare doar pentru o perioad scurt de timp. O structur de aeronave cu coroziune ascunsa poate fi nclzit n mod activ dintr-o parte i apoi se lase s se rceasc. Zonele cu ap captata va rci mai mult ncet i de a crea un loc cald temporar, n timp ce zonele subiat sau corodate va rci uor mai rapid dect restul structurii i se produce un loc temporar rece. n general, metodele bazate pe timp poate furniza sensibilitatea maxim de detecie i poate permite inspectie de la o parte. Pentru metodele infrarou sau fototermice imagistice care folosesc nclzirea activa, inspecia poate fi efectuat dup sursa de cldur este oprita, eliminnd astfel interferena din imaginea de sursa de cldur n sine. Msurtori multiple bazate pe timp sunt necesare pentru interpretarea cantitativ a imaginilor termice (Ref 5). De exemplu, o nregistrare video va capta diferenele de temperatur tranzitorii produse cu metode de acoperire de suprafa n mod continuu i pot fi analizate cadru cu cadru pentru a evalua indicaiile aa cum apar i dispar.Interpretare imaginii s-a dovedit a fi cea mai dificil parte a numeroase aplicaii de control termic. Puternice Indicaii cu diferene mari de temperatur sunt cel mai uor de interpretat. Indicaii puternice va oferi, de obicei, o adevrat imagine a anomaliei dect indicaii slabe. O anomalie aproape de suprafa va produce o indicaie puternic dect o anomalie departe de suprafa identica, precum i indicaia rezultat va portretiza mai precis mrimea i forma sursei.Imaginile termice reflect fluxul de cldur n structur. n cazul n care structura are o suprafa cu un suport subteran sau cavitate,de cldur va curge mai repede respective mai lent, n aceste zone. Marginile structurii va avea mai mult transfer de caldura prin convective radiativ dect restul. Suportul de structura va afecta, de asemenea, imaginea, deoarece suportul este de obicei, o alt surs de transfer de cldur.Imaginile termice pot fi, de asemenea, influenate si de ali factori. Sursa de nclzire, precum i neuniformitatea n emisivitate a specimenului cauzate de variaiile n rugozitatea suprafeei i culoare, poate produce indicaii. Prin urmare, primul pas n interpretarea imaginii este sa se uite la puterea imaginii i ndeaproape examina suprafaa i structura specimenului precum si uniformitatea surs de nclzire. Cnd nici o suprafa evidenta sau coresponden structural nu exist ntre model i imagine, o anomalie interna ar trebui s fie suspectat. Dac este disponibil sau este posibil imaginii, digitale accesoriu, cum ar fi filtrarea, mediere imagine sau imagine de referin scdere, ar trebui s fie utilizate pentru a elimina nonrelevantul.indicaii. Un indiciu c persist este, probabil, o indicaie valabil a unei anomalii.Accesoriul digital de imagine poate fi utilizat pentru a mbunti calitatea imaginilor termice. Filtrare spaial poate fi utilizat pentru o buna interpretare a datelor de temperatur prin eliminarea zgomotului de nalt frecven cauzate de dispozitive de nclzire i de surse externe.Tehnica presupune nlocuirea matematic fiecare valoare a pixelilor cu valoarea medie de patru mai apropiate vecinii si (Ref 4).Tehnicile Signal-mediere pot fi de asemenea utilizate pentru a reduce zgomotul de msurare dac imaginea nu variaz prea repede in timp. Calculele mediei valorilor individuale ale pixelilor din 100 cadre succesive de imagine va elimina 90% din zgomotul i va crete sensibilitatea (Ref 4).Spaiu de domeniu i domeniul de timp funcie scdere poate fi, de asemenea, folosite pentru a spori defectoscopia. Spaciul de domeniu Funcie de scdere poate elimina diferenele de temperatur din surse repetitive de zgomot (cum ar fi variaiile locale n emisivitate suprafa), modele de rezultate dintr-o neuniform (sau de linie sau punct) surs de cldur, precum i variaiile locale n pierderilor de cldur nu au legtur cu anomalii (cum ar fi modele de convecie sau conducie n structuri de sprijin). n cazul n care auto-refereniere nu esteposibil, un specimen de referin, defecte liber cu caracteristici similare pot fi utilizate pentru a oferi o imagine de referin ntr-un domeniu spatiu. Algoritmul substraci. De exemplu, o imagine realizat atunci cnd o component este nou sau cnd un proces este care funcioneaz corect poate fi sczut dintr-o imagine fcut la o dat ulterioar pentru a indica deteriorarea, defect propagare, sau schimbri n procesul (Ref 4).Cnd zgomotul termic nu este repetitiv (ca atunci cnd emisivitate suprafa este imprevizibil sau atunci cnd apar reflecii de la o sursa necunoscuta pe fundal), funciile scdere timp de domeniu poate spori detectare defectului. Un exemplu grafic pe domeniul timpului cu scderea imaginii este prezentat n Fig. 4. model neregulat de zgomot reflectorizant de la o surs de cldur infrarou a fost eliminat prin scderea dou imagini obinute de 3 secunde i 5 s dup nclzire iniial pentru a descoperi un defect ntr-o foaie de epoxi grafit (Ref 15).

Fig 4. Exemplu de procesare a imaginii in domeniul timp

Metode cantitativen general, metodele termografice nu se preteaz la derivarea rapid a datelor cantitative privind anomalii. Unul ca excepie este cazul acoperirilor subiri, n care dimensiunea anomaliei i forma corespund ndeaproape la dimensiunea i forma imagini n infrarou sau indicaii de acoperire de contact de la inspeciile optimizate. Estimri mod similar, cantitative cu grosimi de acoperire foarte subire sunt posibile cu tehnici corecte bazate pe timp (Ref 1).Cuantificarea mrimii anomaliei n cazul depistrii prin metode termice este de obicei mai uor de realizat prin aplicarea celei de-a doua metod de evaluare nedistructive (NDE). De exemplu, determinarea mrimii i profunzimea unei exfoliere detectate ntr-un laminat grafit / epoxic prin metode termice vor fi realizate cel mai bine prin tehnici ultrasonice. O fisur detectata ntr-un rezervor pentru rachete ar fi cel mai bine cuantificata prin alte metode, cum ar fi mai multe filme cu raze x sau x-ray asistat de tomografie pe calculator .Exist unele cazuri n care cuantificarea de indicaii termice este ntotdeauna de dorit. De exemplu, ntr-un proces productor de exemplare calde, feedback-ul rapid poate fi necesar pentru c timpul este prea scurt pentru a atepta exemplarele s se rceasc pentru o inspecie ulterioar. Un alt exemplu ar fi un procedeu de acoperire care are nevoie de o msurare grosime rapid pentru a se asigura grosime corespunztoare. Cele mai multe metode cantitative sunt nc n curs de dezvoltare. Aproape toate metodele de cuantificare trebuie s fie adaptate la specificul de aplicaii. Dei unele metode pot fi abordate dintr-o baz teoretic, cel mai necesita o dezvoltare empiric un efort care implica standarde de referin, mai multe masuratori bazate pe timp, i metode de interpretare sau norme (Ref 5, 13).Standardele de referin sunt la fel de necesare pentru metodele termice deoarece acestea sunt pentru alte metode NDE. Standardele asigur o performan constant a metodelor de activare termice i a materialelor de temperatur de detectare sau echipamentul. Standardele de referinta sunt eseniale pentru tehnici cantitative.Un standard de referin ar trebui s reprezinte ndeaproape caracteristicile termice i de suprafa ale acestor componente i elementele inspectate. De exemplu, n cazul n care subiectul este o mbinare de lipire, referina ar trebui s fie o mbinare de lipire cu acelasi domeniu de contact, radiator, dimensiuni de srm, i alte caracteristici. Standardul trebuie s furnizeze, de asemenea, o condiie-anomalie liber i o a doua condiie inacceptabil asociat cu o dimensiune sau prezena unei anomalii. Un standard pentru metode cantitative necesit o progresie de dimensiuni anomalie i locaii. Standardul trebuie s acopere potenialul accepta / respinge condiii care pot exista n componentele care urmeaz a fi inspectate. Aceasta necesit de obicei un program de testare pentru a stabili dimensiunile anomalie i locaii care sunt inacceptabile pentru buna funcionare a componentelor care urmeaz s fie inspectate (Ref 16).Sunt necesare multiple msurtori bazate pe timp pentru a stabili corelaii ntre un rspuns la activarea termic i mrimea anomalie i locaie (Ref 5, 16). Pentru excitaie termic impulsuri sau modulat, de ntrziere a temperaturii rspuns poate fi nregistrat ca o schimbare de faz relativ, care poate fi legat de un parametru cum ar fi grosimea stratului (Ref 1) sau adncime exfoliere (Ref 3). Alternativ, variaii n poziie izoterm cu timp poate fi monitorizat ca o funcie de mrime anomalie i adncime pentru a stabili caracteristicile cunoscute bazate pe timp de rspuns. Figura 5 arat cum efusitivitatea(care este o funcie de caldura de intrare n impulsuri i modificarea temperaturii n funcie de timp), direct deasupra unei 20 x 20 mm (0,8 0,8 in.) Gol ntr-un laminat carbon-epoxi variaz n funcie de timp pentru adncimi nule de 0,3, 1,12, 2,25 i mm (0,012, 0,044, i 0,088 in.).

Fig 5. Curbele experimentale, dup corectare, din proba de laminat carbon-epoxi n regiuni cu defecte integrate de 20 20 mmEste nevoie de norme de interpretare cantitative nainte de datele bazate pe timp pot fi folosite ntr-o evaluare. Un simplu exemplu este rspunsul schimbare de faz, n funcie de grosimea stratului de stabilizat cu oxid de itriu zirconiu pe un Nimonic substrat, aa cum se arat n Fig. 6. Pentru o grosime strat acceptabil de 0.45 - 0.6 mm (0.018 - 0.023 in.), Arat datele c o modulare 0,5 Hz excitaiei termic va furniza sensibilitatea faz necesar i c acceptabil a acoperirii grosime va fi indicat de unghiurile de faz variind 5-13 . Aceast informaie apoi ofer accepta / respinge criteriile pentru testele efectuate n aceste condiii.

Fig 6. Variaiile faz ale modificrilor de temperatur fa de grosimea stratului de acoperire a unui stabilizat oxid de ytriu acoperire zirconiu pe un substrat NimonicPentru o situaie de trei variabile n care grosime gol, lime i adncime sub o suprafa sunt determinate, cel puin trei msurtori bazate pe timp sunt necesare (Ref 5). Calculele rezultate privind geometrie defect i locaia sunt complicate i pot fi efectuate numai cu asistenta unui calculator.

AplicatiiAplicatiile discutate mai jos ofer exemple de modul n care metodele termic au fost utilizate. Pentru uurina discuiei,cereri au fost mprite n urmtoarele categorii: Echipamente la cald si la rece Controlul procesului Intruziune lichid Dislocari, delimitari i goluri Dispozitivele electronice CercetareEchipamente la cald i la rece. Multe tipuri de echipamente care conduc sau genereaz cldur n timpul funcionrii pot candida pentru metodele termografice. Conductele de nclzire, linii de abur (Ref 13), radiatoare (Ref 17), schimbtoare de cldur (Ref 15),sisteme de evacuare / cosuri (Ref 13), i sisteme de rcire sunt de transfer termic dispozitive de care inspecia termic tehnici poate fi folosita n timpul inspeciilor periodice pentru scurgeri, pasaje nfundate, i lipsesc sau izolarea defectului.Cuptoare, bai de sare, autoclave, stive de reacie, i echipamente de fabricare a fierbinte (cum ar fi prese i rulare pentru mori) pot solicita, de asemenea, inspecie periodic pentru pierderile inutile de cldur. Tehnicile termografice sunt de asemenea folosite pentru a inspecta rezervoare criogenice. Alte echipamente, cum ar fi rulmeni, slide-uri, frne, transmiterea antene i echipamente electrice, genereaz cldur n timpul operaie. Zonele fierbini localizate de obicei un simptom al unei defeciuni mecanice sau electrice, precum i depistarea precoce ofer posibilitatea de a nlocui componentele defecte n cursul ntreinerii programate regulat sau nainte.Controlul procesului. Metodele de control termice sunt adecvate pentru anumite procese n care produsele sunt mai sus la temperatura camerei poate iei un proces. Exemple sunt cldur-set i materiale plastice n form de cldur, componentele metalice la cald a lucrat,procesele de acoperire la cald, sudur i componente. Componentele pot fi monitorizate msur ce ies din proces. Anormal temperaturile ar indica un proces lipsit de control, iar coreciile pot fi fcute pentru a preveni producerea de unui numr mare de piese defecte. Un exemplu de metod de control al procesului nclzit activ este tehnica de monitorizare.Grosimea fosfat de acoperire utiliznd caracteristici de absorbie n infrarou (Ref 18).Lichid introdus. Apa sau combustibil introdus n structuri tip fagure este o problem important pentru ntreinere a aeronavelor. Inspeciile pot fi efectuate imediat dup zbor pentru a detecta astfel de lichide ca structura se nclzete la temperatura ambiant temperatura. Ptrunderea apei n acoperiuri poate fi detectat n seara ca picturi temperatura ambiant. Aceast metod are s-a raportat a fi de succes n scurgeri de detectare i reinute de umiditate n izolare (Ref 19). Nivelul de fluide ntr-un cuv etan poate fi determinat thermographically. Acest lucru este realizat fie prin nclzire sau rcire rezervor i apoi observnd locaia unui diferenial brusca a rezultat temperatura rezervorului.Dislocari, delimitari i goluri. Tehnicile moderne de fabricaie se bazeaz foarte mult pe utilizarea de lipire pentru structuri i straturi de protecie. Tehnicile termice sunt buni candidati pentru detectarea dislocarilor, delimitarilor, i golurile din laminate subiri, fagure de miere de foi subiri fa, i acoperiri de protectie (Ref 15). Cand grosimea probelor crete, inspecia termica devine mai puin eficace, deoarece posibila adncimea defectului poate fi mai mare.Inspecie termic poate fi, de asemenea, dificil de structuri metalice lipite, cum ar fi legat-adeziv aluminiu.radiative nclzirea de aluminiu este relativ ineficient din cauza absorbie sczut de suprafa, iar semnalul termic cu emisii este sczut din cauza emisivitate redusa. Din aceste motive, precum i pentru a evita zgomotul reflectorizant, piese din aluminiu trebuie sa fie n mod normal vopsit negru nainte de inspecia termica. Mai mult dect att, difuzivitatea termic ridicat din aluminiu necesit o nalta putere termica de injectie pentru a produce un model termic vizibil nainte uniformizare termic este atins n cadrul structurii.

Exemplul 1: Inspecia termic a Folii adezive-foaie de aluminiuFigura 7 prezint o configuraie detectarea prin transmiterea unui 1,5 x 1,5 cm (0,6 x 0,6 n.) Lips-de-adeziv defect pe un tur comun cu aproape 1 mm (0,04 in.) piele groas. Poriunile calde de pe partea stng i dreapt a imaginii termice corespund materialul dintr-o singur foaie, care a fost nclzit la un ritm mai rapid dect articulaia adeziv.Rata de nclzire trebuie s fie suficient de rapida pentru a evita propagarea termic semnificativ de la cald coal unic la punctul de adeziv. In form corecte de mti de umbrire pe partea lmpii poate fi folosit pentru a evita coli individuale supra-nclzire cnd geometria probei este repetitiv. A nclzire linie i configurarea deplasare eantion din tipul descris poate fi de asemenea utilizat pentru rspunsul rapid la testarea mbinrile longitudinale.

Fig 7. 7 Inspectia termografica a foii de aluminiu lipita cu adeziv.Dispozitivele electronice sunt cele de obicei nu de supranclzire local, coroziune, sau articulaiilor sraci lipire. Microscoape infrarou au fost folosite pentru a inspecta microelectronica pentru supranclzire, i cldura generat-laser, a fost folosit pentru a inspecta circuit bord lipire articulaiilor. Mai multe metode de control termice convenionale au fost folosite pentru a inspecta mbinrilor sudate n timpul rcirii dup fabricare sau n timpul funcionrii circuitului. Celulele solare au fost, de asemenea, testati pentru defecte cu tehnici termice.Cercetare. Mai multi anchetatorii au folosit cldura generat de deformare permanent pentru a urmri debutul eec n suprancrcarea traciunii i propagarea fisurilor n testarea la oboseal (Ref 7, 8, 9). Probele de componente pot fi ncrcate la eec sub supraveghere termografica pentru a indica originea i propagarea deformare (Ref 7).

Inspectia termicaGrover Hardy, Wright Research and Development Center, Wright-Patterson Air Force Base; James Bolen, Northrop Aircraft Division1